新街台格庙矿区井田划分方案研究

2019-03-01

煤炭工程 2019年2期

(神东煤炭集团公司，陕西榆林 719315)

新街台格庙矿区位于鄂尔多斯高原的中南部，行政区划隶属鄂尔多斯市伊金霍洛旗，是新街矿区总体规划中的西部后备区。矿区呈丘陵地貌，为侵蚀性丘陵及风积沙漠区，地表植被稀疏，地势中部高四周低，最高点海拔标高1501.6m，最低点海拔标高1259.0m，一般海拔标高1300～1420m，相对高差120m。矿区东部与新街矿区相邻，南部和西部与呼吉尔特矿区相邻，北部与高头窑矿区相邻，矿区东西宽9.7～26.0km，南北长37.7～43.7km，面积771.0km2，总资源量14425.79Mt。煤炭外运主要通过矿区铁路专用线，该线路主要为台格庙新街矿区服务。矿区周边主要有兰嘎一级公路、包茂高速、伊成公路、乌阿公路及其他乡村公路，地形相对较好，可以满足建设要求。

1 矿区煤质赋存情况及井田划分原则

1.1 煤质赋存情况

矿区煤层赋存于中侏罗统延安组，全区隐伏，煤系地层构造形态为一向西倾斜的单斜构造，并发育宽缓的波状起伏，地层倾角1°～3°，构造复杂程度属简单类。自上而下含有：2-1上、2-1、2-2上、2-2、3-1、3-1下、3-2、4-1、5-1、5-2、5-3、6-1、6-2、6-2下、6-3煤，共15层，其中除3-1下煤与6-2下煤为局部可采不稳定煤层外，其余均为大部可采较稳定煤层，煤层埋藏深度一般大于500m而小于1000m，资源量估算垂深519～919m，煤层赋存情况见表1。煤质为低灰～特低灰、低硫、低磷、高～特高热值的不黏煤、长焰煤及弱黏煤，是良好的民用及动力用煤，适用于火力发电。煤中焦油产率高，为富～高油煤，可作低温干馏原料煤。

表1 煤层赋存情况

1.2 井田划分原则

1)矿区井田划分坚持“高起点、高技术、高质量、高效率、高效益”的五高建设方针，充分依托自然资源与技术装备优势，以特大型或大型井田为主，实行规模化、集约化生产，向规模要效益，实现安全生产[1-4]。

2)井田划分应考虑充分利用“资源整装配置，一个矿区一个开发主体”的有利条件，坚持统筹规划、合理布局、有序开发、有效利用和规模经济的原则[5-7]。

3)井田划分应考虑划分的井田尺寸合理，能与矿井规划生产能力相适应、与矿区开发强度相适应、与矿区建设规模相适应；井口和矿井工业场地位置，应有利于地面的联合布置(联合矿井模式)，减少重复建设[8-10]。

4)井田划分应充分考虑煤层赋存条件，尽量简化同一矿井内各煤层的压茬关系，为矿井的安全高效打下坚实的基础；尽量减少同一矿井内的局部赋存煤层的次边际经济资源量，以节约资源。

5)井田的划分应结合煤层赋存条件，按照一个矿井两个工作面模式，采用先进技术装备，设计和建设大型现代化煤矿。矿区东、南部勘查程度相对较高，且煤层赋存稳定，厚度大，属重点开发区，宜建设特大型矿井；矿区北部、西北部勘查程度相对较低，且煤层赋存条件较差，工作面单产能力小，宜以工作面产量确定矿井规模。

6)由于该矿区地形高差大、地面季节性河流沟谷发育，且井田建设规模大，井田的划分应充分考虑地面工业场地以及地面装车站的布置，地面装车站不宜布置于隧道中、桥梁上以及沟谷中。

7)井田划分应以经济效益为中心，力求矿井生产环节少、井巷工程量少，建设工期短，投资省、达产快、效益好，使矿区生产持续稳定发展。

2 矿区井田划分方案及比选

2.1 井田划分方案

2.1.1 方案一：七井方案

根据煤层赋存情况以及砾石层分布情况，结合矿区铁路走向，将矿区划分为东西两大区域；对于东部区域，为尽量减少各井田三角煤量、将铁路压煤与大巷煤柱重合，设计以平行新恩铁路方向向北平移5km作为一号井的北部边界，再向北平移12km划分为三号井，三号井北部边界与矿区铁路之间区域划分为五号井；对于西部区域，从井下工作面的布置以及合理集中开采考虑，沿勘探线方向划分为四块，从南向北分别为二号井、四号井、六号井以及七号井，其中二号井、四号井、六号井北部边界与一、三、五号井北部边界在矿区中部无缝对接，全矿区共划分为七个井田，从而形成七井方案，如图1所示。

图1 七井方案布置示意图

1)一号井田位于矿区最东南部，西以新恩铁路、矿区专用线为界，东部、南部以矿区边界，北部以2-2煤赋存边界为界。井田东西长约9.3～14.5km，南北宽约9.8～16.0km，面积约150.5km2。井田内共有资源量2751.77Mt，预计可采储量1810.16Mt。井田内主要开采煤层为2-1、3-1、3-2、5-1、6-2、6-3等煤层。根据煤层厚度分析，大部分煤层厚度在1.8～3.5m之间，并有大面积3.5～5.0m以上区域，仅局部煤层厚度在0.8～1.8m之间，各煤层压茬关系简单，工作面单产能力大，矿井建设规模为15.0Mt/a。考虑1.4的储量备用系数，一号井服务年限为86.2a。

2)二号井田位于矿区最西南部，西部、南部以矿区边界为界，东部与一号井无缝对接，北部至51勘探线向北约400m处。井田东西长约11.5～16.5km，南北宽约9.7km，面积约140.8km2。井田内共有资源量2895.90Mt，预计可采储量1932.78Mt。井田内主要开采煤层为2-1上、2-1、2-2上、3-1、5-1、5-3、6-2、6-3等煤层。根据煤层厚度分析，大部分煤层厚度在1.8～3.5m之间，并有大面积3.5～5.0m以上区域，仅局部煤层厚度在0.8～1.8m之间，各煤层压茬关系相对简单，工作面单产能力大，矿井建设规模为15.0Mt/a。考虑1.4的储量备用系数，二号井服务年限为92.0a。

3)三号井田位于矿区中东部，西以规划矿区铁路专用线为界，东以矿区边界为界，北以27-12孔与23-2孔连线为界。井田东西宽约10.7km，南北长约12.2km，面积约125.9km2。井田内共有资源量2522.32Mt，预计可采储量1866.52Mt。井田内主要开采煤层为2-2上、2-2、3-1、6-1、6-2等煤层。根据煤层厚度分析，主采煤层大部分煤层厚度在1.8～5.0m之间，局部可采煤层厚度在0.8～1.8m之间，并且各煤层压茬关系简单，工作面单产能力大，矿井建设规模为15.0Mt/a。考虑1.4的储量备用系数，三号井服务年限为88.9a。

4)四号井田位于矿区中西部，西以矿区边界为界，东与三号井无缝对接，北至29勘探线向北约670m处，南与二号井无缝对接。井田东西宽约7.7～13.3km，南北长约11.3km，面积约116.7km2。井田内共有资源量2216.45Mt，预计可采储量1546.40Mt。井田内主要开采煤层为2-1、2-2上、5-1、5-2、5-3、6-2、6-3等煤层。根据煤层厚度分析，大部分煤层厚度在1.8～3.5m之间，并有部分3.5～5.0m以上区域，区内各煤层压茬关系相对简单，工作面单产能力较大，矿井建设规模为15.0Mt/a。考虑1.4的储量备用系数，四号井服务年限为73.6a。

5)五号井田位于矿区东北部，西部、北部以规划矿区铁路专用线为界，东部以矿区边界为界，南部与三号井无缝对接。井田东西宽约7.0～10.0km，南北长约6.1～12.2km，面积约80.8km2。井田内共有资源量1410.29Mt，预计可采储量1015.41Mt。井田内主要可采煤层为2-2上、2-2、3-1、5-1、6-1等煤层。根据煤层厚度分析，大部分煤层厚度在0.8～3.5m之间，部分区域在3.5～5.0m以上，各可采煤层压茬关系相对复杂，且工作面单产能力不大，考虑矿井的稳产，建设规模为10.0Mt/a。考虑1.4的储量备用系数，五号井服务年限为72.5a。

6)六号井田位于矿区中西北部，西以矿区边界为界，东与五号井无缝对接，北至9勘探线向北约1140m处，南与四号井无缝对接。井田东西宽约5.4～7.8km，南北长约10.5km，面积约62.5km2。井田内共有资源量1003.99Mt，预计可采储量616.70Mt。井田内主要可采煤层为2-2上、2-2、4-1、5-2、6-1、6-2、6-3煤层。根据煤层厚度分析，大部分煤层厚度在0.8～2.5m之间，部分区域在2.5～3.5m之间，各可采煤层压茬关系相对复杂，且工作面单产能力小，考虑矿井的稳产，建设规模为5.0Mt/a。按照1.5的储量备用系数计算，六号井服务年限为82.2a。

7)七号井田位于矿区最北部，西部、北部、东部均以矿区边界为界，南部与五、六号井无缝对接。井田东西长6.0～16.0km，南北宽3.5～7.7km，面积约93.8km2。井田内共有资源量1625.06Mt，预计可采储量954.84Mt。井田内主要可采煤层为2-2上、2-2、3-1、4-1、5-1、5-2、6-1、6-2、6-3煤层。根据煤层厚度分析，大部分煤层厚度在0.8～2.5m之间，部分区域在2.5～5.0m之间，各可采煤层压茬关系相对复杂，且工作面单产能力小，考虑矿井的稳产，建设规模为8.0Mt/a。按照1.5的储量备用系数计算，七号井服务年限为79.6a。

2.1.2 方案二：六井方案A

考虑到矿区北部区域煤层埋藏深、开发成本高、应尽量建设特大型矿井的建议，故而将七井方案中的五、六号井合并为五号井开发建设，则矿区北部区域划分为南北向两个特大型矿井，全矿区划分为六个矿井，如图2所示。

图2 六井方案A布置图

1)一、二、三、四号井情况同七井方案中的一、二、三、四号井。

2)五号井位于矿区的中北部，西部、东部以矿区边界为界，北部与六号井相接，南部与三、四号井相接。井田东西12.5～15.7km，南北9.5～10.0km，面积约138.6km2。井田内共有资源量2285.46Mt，预计可采储量1572.09Mt。井田内主要可采煤层为2-2上、2-2、3-1、5-1、6-1等煤层。根据煤层厚度分析，大部分煤层厚度在0.8～3.5m之间，部分区域在3.5～5.0m以上，各可采煤层压茬关系相对复杂，且工作面单产能力不大，考虑矿井的稳产，建设规模为15.0Mt/a。副立井、回风立井设于井田东部煤层赋存较厚区域，初期即将大巷延伸至井田最东部区域，于2-2上煤与2-2煤北翼分别布置一个综采工作面，煤厚约3.5m与6.5m，工作面生产能力约5.0Mt/a与10.0Mt/a，以2个综采工作面保证矿井生产能力的实现，后期在压茬关系难以解决时增加配采工作面。考虑1.4的储量备用系数，五号井服务年限为74.9a。

3)六号井田位于矿区最北部，西部、北部、东部均以矿区边界为界，南部与五号井相接。井田东西长4.7～15.8km，南北宽4.0～8.1km，面积约98.5km2。井田内共有资源量1753.89Mt，预计可采储量1059.76Mt。井田内主要可采煤层为2-2上、2-2、3-1、4-1、5-1、5-2、6-1、6-2、6-3煤层。根据煤层厚度分析，大部分煤层厚度在0.8～2.5m之间，部分区域在2.5～5.0m之间，各可采煤层压茬关系相对复杂，且工作面单产能力小，考虑矿井的稳产，建设规模为10.0Mt/a。考虑煤层压茬关系，初期开采2-2上煤与2-2煤，煤层平均厚度均约为3.0m，生产能力约5.0Mt/a，以两个工作面保证矿井设计生产能力的实现。后期在压茬关系难以解决时增加一个配采工作面，全矿井以2～3个工作面保证矿井设计生产能力并实现矿井的稳产。考虑1.5的储量备用系数，六号井服务年限为70.7a。

2.1.3 方案三：六井方案B

方案二中北部五号井需通过井下约5.5km长距离带式输送机实现北部二井的煤炭洗选、储运集中，初期井巷工程量大；五号井需单设地面副井工业场地，外部联系、管理较为不便。设计从地面更易联合考虑，将七井方案中的五、六、七号井田划分为东西两个井田，形成六井方案B，如图3所示。

图3 六井方案B布置示意图

1)一、二、三、四号井情况同七井方案中的一、二、三、四号井。

2)五井位于矿区东北部，西以规划矿区铁路专用线为界，北部、东部以矿区边界为界，南部与三井无缝对接。井田东西宽4.5～10.8km，南北长13.4～18.5km，面积约137.9km2。井田内共有资源量2215.46Mt，预计可采储量1424.49Mt。井田内主要可采煤层为2-2上、2-2、3-1、5-1、6-1等煤层。根据煤层厚度分析，大部分煤层厚度在0.8～3.5m之间，部分区域在3.5～5.0m以上，各可采煤层压茬关系相对复杂，且工作面单产能力不大，考虑矿井的稳产，建设规模为12.0Mt/a。考虑1.5的储量备用系数，五号井服务年限为79.1a。

3)六井位于矿区西北部，西部、北部以矿区边界为界，东部与五井无缝对接，南部与四井无缝对接。井田东西宽5.2～7.7km，南北长16.8～18.0km，面积约99.2km2。井田内共有资源量1823.88Mt，预计可采储量1173.82Mt。井田内主要可采煤层为2-2上、2-2、3-1、4-1、5-1、5-2、6-1、6-2、6-3煤层。根据煤层厚度分析，大部分煤层厚度在0.8～2.5m之间，部分区域在2.5～5.0m之间，各可采煤层压茬关系相对复杂，且工作面单产能力小，考虑矿井的稳产，建设规模为8.0Mt/a。考虑1.5的储量备用系数，六号井服务年限为97.8a。

2.2 井田划分方案综合分析

2.2.1 方案一(七井方案)优缺点

1)优点：①南部主力矿井(一、二、三、四号井)资源量集中，适宜四井联合布置、北部三井选煤厂联合布置，场地集中，占地较少；②井田划分与各煤层赋存特点和可采边界线基本一致，煤层压茬关系简单，边角煤少，尺寸合理，利于井下工作面的布置；③矿井煤炭直接通过新街铁路专用线集中外运，铁路线路最短；④矿区北部划分为三个井田，单井规模小、达产较容易，矿区生产能力有保证。

2)缺点：北部矿井生产能力偏小，尤其是六号井生产能力偏小；北部六号井需用地面长距离带式输送机实现北部三井的煤炭洗选、储运集中，北部五号井需通过井下长约5.5km大巷实现北部三井的煤炭洗选、储运集中。

2.2.2 方案二(六井方案A)优缺点

1)优点：①五号井东部区域煤层赋存条件最差，单产能力最低，而西部区域煤层赋存条件较好，易于实现厚薄配采；②五号、六号井薄厚煤层配采比较合理，生产规模高于其他两种方案，在增加初期采面、初期工程量的情况下，矿区总规模可做到最大。

2)缺点：北部五号井需通过井下约5.5km长距离带式输送机实现北部二井的煤炭洗选、储运集中，初期井巷工程量大；五号井需单设地面副井工业场地，外部联系、管理较为不便。

2.2.3 方案三(六井方案B)优缺点

1)优点：①矿区北部划为东西两个井田，立井开拓，可共用一个集中工业场地，便于实现地面储、装、运、洗选大联合；②矿井设计生产能力适中，初期以一井两面可达产。

2)缺点：根据现有地质资料，六号井煤层薄，层数多，资源量大，但煤层生产能力小，矿井规模小，服务年限长；五号井如初期开采煤层赋存较好区域，则大巷及井筒工程量最大，矿区总规模最小。

2.3 井田方案比选

1)三个方案南部四井的划分均是相同的，从煤层的赋存条件、工作面及矿井生产能力以及地面集中布置等方面考虑，均是合理的。三个方案的不同点主要是矿区北部区域划分为三井还是两井、是东西划分还是南北划分的区别。

2)方案二与方案三比较，其北部区域均划分为两井，不同点主是方案二为南北向划分井田，方案三为东西向划分井田，方案三的主要优势是更利于地面两井的联合，而方案二的主要优势是更利于井下厚薄煤层的搭配开采，另外方案二将五号井主井井筒设于五、六号井集中工业场地，井下通过5.5km大巷相连，也可实现地面主要生产系统、洗选系统以及装车系统的集中布置，且总工程量仍比方案三少，因此方案二有一定的优势。

3)方案一与方案二比较，其主要区别是北部区域划分为三个井田还是两个井田，方案一的主要优势是北部三个井田生产能力相对较合理，达产以及稳产较为容易，主要劣势为多一个井田，开发成本相对较高；方案二的主要优势是北部两井生产能力均较大，矿井数量少，开发成本相对较低，主要劣势为根据目前的开采技术条件，北部两井稳产均相对较为困难。但根据该矿区“五高五化”建设标准以及“数字煤矿、智能煤矿”的建设，将集成国内外最先进的技术与管理经验，并考虑煤矿开采技术的发展情况，方案二后期五、六号井也是可以稳产的。并且方案二总规模85.00Mt/a，各矿井服务年限高于《煤炭工业矿区总体规划规范》规定的特大型矿区服务年限。

综合以上分析，方案二是比较合理的，即六井方案A。